一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计方法及系统。该方法包括步骤：S1，获取隧道设计输入条件，分析隧道设计输入条件并确定隧道平纵设计方案；S2，根据所述隧道平纵设计方案，确定隧道三维中心线，创建总体隧道骨架模型；S3，从所述总体隧道骨架模型中衍生出多个隧道节段模型；S4，创建隧道节段的构件的多实体细节模型；S5，根据所述多实体细节模型形成隧道设计部件；S6，重复所述步骤S4至S5，为每个所述隧道节段模型生成隧道设计部件，将所有隧道设计部件按照预先定义的坐标系进行对齐，获得隧道总装模型。本发明提供了一种新的隧道设计方法和系统，从传统的自底向上设计方式转变为自顶向下的设计方式。

说明书

技术领域

本发明属于建筑设计技术领域，更具体地，涉及一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计方法及系统。

背景技术

目前国内修建的交通工程越来越多，特长隧道也越来越多。伴随着设计、施工、运营管理中大量信息产生、各种信息关系错综复杂难以组织等问题的出现，对数据的维护和管理显得越来越困难。对复杂信息的有效管理以及共享并实现协同设计逐渐成为研究者和从业者人员的共识。BIM设计成为了解决这一问题的突破口，目前有大量的工程开始应用BIM，但目前特长隧道的BIM设计存在以下问题：

1)长大隧道线型复杂，通常包括多个辅助坑道或平行导坑，包含的大量的支护措施，海量的构件数据，采用传统的方式，将所有的构件在一个总装里设计，必然导致目前的硬件无法承受,从而导致长大隧道施工图阶段的BIM设计十分困难。

2)长大隧道BIM设计的隧道骨架很长，但是对于特定的设计者来说，往往只需要其中的某一小段的相关定位信息即可。如果参考整个隧道骨架，必然导致设计过程中，运行缓慢。

3)传统的设计方式需要为每一个子部件规划文件结构，为各个零件定义复杂的文件关系，这种方式耗时且与主设计关联性太差。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计方法及系统，以实现长大隧道的BIM设计。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计方法，包括步骤：

S1，获取隧道设计输入条件，分析隧道设计输入条件并确定隧道平纵设计方案；

S2，根据所述隧道平纵设计方案，确定隧道三维中心线，然后根据所述隧道三维中心线创建总体隧道骨架模型；

S3，从所述总体隧道骨架模型中衍生出多个隧道节段模型；

S4，根据所述隧道节段模型，创建隧道节段的构件的多实体细节模型；

S5，根据所述多实体细节模型生成隧道部件，通过装配关系装配相关的零件，形成隧道节段设计模型；

S6，重复所述步骤S4至S5，为每个所述隧道节段模型生成隧道节段设计模型，将所有隧道节段设计模型按照预先定义的坐标系进行对齐，获得隧道总装模型。

优选的，所述隧道设计输入条件包括地形条件、地质条件和周边环境。

优选的，所述确定隧道三维中心线包括步骤：

从所述隧道平纵设计方案中获取隧道平面参数、隧道纵断面参数和隧道长断链参数；

根据所述隧道平面参数、所述隧道纵断面参数和所述隧道长断链参数确定隧道三维中心线。

优选的，所述隧道节段模型包括隧道节段的起始里程点、终止里程点、隧道节段端面工作面、隧道节段草图和隧道节段围岩实体信息。

优选的，所述多实体细节模型包括拱墙结构模型、仰拱结构、仰拱填充和防排水结构。

按照本发明的第二方面，提供了一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计系统，包括：

隧道平纵设计方案获取模块，用于获取隧道设计输入条件，分析隧道设计输入条件并确定隧道平纵设计方案；

总体隧道骨架模型获取模块，用于根据所述隧道平纵设计方案，确定隧道三维中心线，然后根据所述隧道三维中心线创建总体隧道骨架模型；

隧道节段模型获取模块，用于从所述总体隧道骨架模型中衍生出多个隧道节段模型；

多实体细节模型获取模块，用于根据所述隧道节段模型，创建隧道节段的构件的多实体细节模型；

隧道设计部件获取模块，用于根据所述多实体细节模型生成隧道部件，通过装配关系装配相关的零件，形成隧道节段设计模型；

隧道总装模型获取模块，重复所述步骤S4至S5，为每个所述隧道节段模型生成隧道节段设计模型，将所有隧道节段设计模型按照预先定义的坐标系进行对齐，获得隧道总装模型。

总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：本发明提供一种新的隧道设计方法和系统，从传统的自底向上设计方式转变为自顶向下的设计方式，而且通过改变骨架的参考方式，从参考整个文件转变为参考其中的某一些元素，并通过改变文件的组织关系，使子部件的设计在一个文档中，增强子部件与主设计的关联性，从而使长大隧道BIM正向设计成为现实。

附图说明

图1是本发明实施例的全隧道骨架图；

图2是本发明实施例的骨架信息图；

图3是本发明实施例的经衍生后的骨架；

图4是本发明实施例的多实体隧道构件；

图5是本发明实施例的生成零部件后的隧道构件；

图6是本发明实施例的隧道总装图；

图7是本发明实施例的隧道BIM设计方法流程。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例主要涉及一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计方法，特别适用于长大隧道BIM设计，包括步骤：

步骤一、获取地形条件、地质条件和周边环境等设计输入条件，分析设计输入条件并确定隧道平纵设计方案。

根据线路所处的地形条件，根据越岭隧道和沿河、傍山隧道的情况选择隧道位置；根据地质条件，针对单斜构造、皱褶构造、断裂构造、接触带的情况选择隧道位置；根据不良地质，针对滑坡、岩堆、崩塌、错落、堆积层、泥石流、泥石流等选择隧道位置；根据周边环境，避开环境保护区和敏感点选择隧道位置。通过上述综合分析，确定隧道平纵方案。

步骤二、根据步骤一确定的隧道平纵方案，确定隧道三维中心线，然后根据隧道三维中心线创建总体隧道骨架模型。

具体地，确定隧道三维中心线包括子步骤：

(1)从隧道平纵设计方案中获取隧道平面参数、隧道纵断面参数和隧道长断链参数。平面参数包含线路平面的交点编号、交点经纬度、圆曲线半径、缓和曲线长度和曲线超高；隧道纵断面参数包含变坡点编号、变坡点里程、变坡点高程和竖曲线半径；隧道长断链参数包含断链前里程和断链后里程。

(2)根据隧道纵断面参数和隧道长断链参数，可以绘制隧道三维中心线。

隧道三维中心线，还应包含线路基本元素，包括里程桩号、特征点、特征面等，如图1所示；所有的特征均按照一定的命名规则命名，工作面名称为“WorkPlane_DK**+***”,工作点名称为“WorkPoint_DK**+***”等等。

根据隧道三维中心线，创建总体隧道骨架模型。通过工作点和工作面创建隧道横断面草图，通过拉伸、扫掠、放样、分割等工具创建总体骨架模型。总体骨架模型包括隧道节段的里程范围、围岩级别等信息等，所有的草图和开挖土体按照一定的规则命名，比如某围岩段的名称为“Ⅳ级围岩_DK5+440～DK5+462”，如图2所示。

步骤三、从总体隧道骨架模型中衍生出多个隧道节段模型。

衍生”是inventor professional软件中的特有功能。

具体地是，通过衍生的方式，根据支护措施表，自步骤二中的全隧道骨架模型中生成每一个隧道节段，并将其放入每一个设计子目录中。支护措施表为设计隧道时拟定，其中的字段有ID、隧道名称、序号、起始里程、终止里程、长度、围岩级别、衬砌类型、加宽、超前支护措施、注浆措施等。

衍生出的隧道节段模型应包括隧道节段的起始里程点、终止里程点、隧道节段端面工作面、隧道节段草图、隧道节段围岩实体等信息，衍生出的隧道节段模型文件名应包含里程的起始和终止范围，如“***隧道-DK5+440～DK5+462”,衍生出的隧道节段模型如图3所示。

步骤四、根据隧道节段模型，创建隧道节段的构件的多实体细节模型。

具体地是，BIM设计人员根据任务分工，进入步骤三生成的隧道节段模型，将此节段模型的设计草图共享，可以获得细节模型的定位信息，根据共享的草图定位，采用多实体命令创建细节模型。

在本例中，通过步骤三中的隧道节段模型，可以获得节段的草图、定位点、定位面、三维中心线、围岩实体等元素，通过这些特征元素，绘制拱墙结构、仰拱结构、仰拱填充、喷混、水沟、电缆槽、防排水结构、踏步、台阶等细节构件，然后通过交集、差集、并集等布尔运算获得多实体模型如图4所示。

步骤五、在步骤四的基础上，通过衍生的方式，将步骤四的多实体细节模型生成为隧道部件，然后通过装配关系装配相关的零件，形成隧道节段设计模型，并且为隧道节段设计模型定义材质和属性。

装配关系包括配合、角度、相切、插入等构件的空间约束关系。

材质是针对整个项目定义的包括混凝土类型、钢筋类型、围岩类型等，它是通过直接附加的方式添加到隧道节段设计模型上。定义属性包括定义隧道节段设计模型的几何属性和非几何属性，并通过材质关联、属性附加的方式，将模型信息附加到BIM模型中。如图5所示。

在实际设计过程中，为充分发挥资源库的作用，有大量的标准化模型是配置在模型资源库中的，设计时应按需求调用这部分模型。在本实施例中，洞室模型为外部模型，是一个标准化构件，在前期的其他项目中已被制作成参数化构件，可以根据实际需求使用。在该隧道节段设计中，应预先在节段模型中定义洞室模型的装配基准点和基准面，然后将洞室模型按照空间关系装配进来，完成节段设计。

步骤六、重复步骤四和步骤五，直至完成隧道所有节段设计。最后通过坐标系对齐的方式，将所有隧道节段设计模型按照预先定义的坐标系进行对齐，创建总装模型。

在本实施例中，首先应创建空白总装模型，然后将步骤五中的最终设计部件，包括洞口模型、洞身衬砌模型、洞室模型、回填模型等BIM模型按照坐标系对齐的方式装配到总装模型中。因所有的设计均基于同一个隧道骨架，因此，通过坐标系对齐即可获得全隧道总装，如图6所示。

本发明的优点在于：

1)采用衍生技术自顶向下的设计思想，根据设计意图作出隧道设计方案，然后绘制出隧道设计的整体框架，最后进行隧道零部件的细化设计，即在设计环境中创建整体形状，整体形状创建完成后创建多实体，并在多实体上创建每个实体的细节特征，最后使用生成零部件的方法把多实体生成需要的零部件。有效传递设计规范给各个子组件，从而更方便地对整个设计流程进行管理。

2)将所有的支护段都定义在隧道骨架线上，通过衍生的方式将骨架线分割成一个个支护段落骨架线，所有的设计者基于衍生后的骨架线工作，大幅度轻量化设计环境。

3)整个设计位于同一文档中，所有生成的零件文件均与主设计关联，显著减少设计时间。

本发明实施例的一种基于衍生的自顶向下的隧道BIM设计系统，包括：

隧道平纵设计方案获取模块，用于获取隧道设计输入条件，分析隧道设计输入条件并确定隧道平纵设计方案；

总体隧道骨架模型获取模块，用于根据隧道平纵设计方案，确定隧道三维中心线，然后根据隧道三维中心线创建总体隧道骨架模型；

隧道节段模型获取模块，用于从总体隧道骨架模型中衍生出多个隧道节段模型；

多实体细节模型获取模块，用于根据隧道节段模型，创建隧道节段的构件的多实体细节模型；

隧道设计部件获取模块，用于根据多实体细节模型生成设计部件，进一步衍生生成部件，通过装配关系装配相关的零件，形成隧道设计部件；

隧道总装模型获取模块，用于获取每个隧道节段模型的隧道设计部件，将所有隧道设计部件按照预先定义的坐标系进行对齐，获得隧道总装模型。

隧道BIM设计系统的实现原理、技术效果与上述方法相同，此处不再赘述。

必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。